震撼世界的湘西發(fā)現(xiàn)!揭開(kāi)顯生宙第一次生物大滅絕的面紗
北京時(shí)間1月29日,因全球頂級(jí)科學(xué)期刊《自然》(Nature)的一篇論文,“花垣生物群”引發(fā)國(guó)內(nèi)外各大媒體關(guān)注。

花垣生物群生態(tài)復(fù)原圖。楊定華 科學(xué)網(wǎng)可視化團(tuán)隊(duì) 制圖
這是一項(xiàng)震撼世界的發(fā)現(xiàn)。花垣生物群揭開(kāi)了顯生宙第一次生物大滅絕的面紗,它的價(jià)值,可比肩云南澄江動(dòng)物群和加拿大布爾吉斯頁(yè)巖生物群兩大世界遺產(chǎn)。地球生命5億年的宏大敘事中,在此留下了清晰而深刻的湖南印記。
湘西山崖,全球頂級(jí)化石生物群意外露頭
時(shí)光回到2021年初春。
當(dāng)年2月,群山深處的湖南省湘西土家族苗族自治州花垣縣石欄鎮(zhèn)磨子村還十分濕寒。51歲的花垣縣邊城高級(jí)中學(xué)地理教師龍曉紅又一次來(lái)到山里,尋找他喜愛(ài)的三葉蟲(chóng)化石。三葉蟲(chóng)“排吾龍氏蟲(chóng)”正是以他的姓氏命名。
當(dāng)時(shí),磨子村村委會(huì)正在組織修建機(jī)耕道。隨著修建工程的推進(jìn),以泥頁(yè)巖為特征的寒武系杷榔組的新鮮地層剖面也逐漸露出——當(dāng)然,如此專業(yè)的名詞是科研人員考察后確定的。

花垣生物群所在的大山
龍曉紅發(fā)現(xiàn)露出來(lái)的巖石有些不一樣,立刻拍照發(fā)給了對(duì)此有專業(yè)研究的湖南省博物館館員劉琦。
湖南省博物館曾參與了中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所(以下簡(jiǎn)稱“南京古生物所”)領(lǐng)銜的湖南湘西“列夕動(dòng)物群”的研究。收到龍曉紅的照片,劉琦十分興奮,馬上從長(zhǎng)沙趕到了400多公里外的磨子村仁枯坡。
“這批化石不同于常見(jiàn)的硬殼保存方式。它們的形態(tài)很清晰,許多個(gè)體保留了軟軀體結(jié)構(gòu),屬于極為特殊的特異埋藏生物化石。當(dāng)時(shí)生物的眼睛、神經(jīng)、附肢等都保存下來(lái)了,給我們留下了比平時(shí)看到的單純的殼相化石多得多的珍貴信息?!奔?xì)細(xì)觀察研究后,劉琦更興奮了。畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地層古生物專業(yè)的他,后來(lái)成為花垣生物群論文的共同第一作者。

“花垣生物群”的發(fā)現(xiàn)和研究論文的四位作者(從左至右:朱茂炎、趙方臣、曾晗、劉琦)
于是,他采集了首批用于科研的化石樣本,交給了中國(guó)科學(xué)院南京古生物所朱茂炎研究員團(tuán)隊(duì)(以下簡(jiǎn)稱“朱茂炎團(tuán)隊(duì)”)。
30多年來(lái),朱茂炎團(tuán)隊(duì)一直從事中國(guó)的寒武紀(jì)特異埋藏化石群研究??吹絹?lái)自湘西花垣的化石樣本,團(tuán)隊(duì)成員立刻敏銳地意識(shí)到:花垣縣境內(nèi)存在重要的寒武紀(jì)軟軀體化石群。
2021年4月初,南京古生物所的副研究員曾晗等4人乘坐劉琦的汽車,一路顛簸,到達(dá)磨子村仁枯坡,花垣生物群持續(xù)5年的系統(tǒng)性野外化石發(fā)掘工作由此展開(kāi)。
“五次大滅絕”前,打斷寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的“辛斯克事件”
地球有46億年的歷史,而地球生命的起源是在距今40億至38億年前。
不過(guò),在生命起源后的30多億年的漫長(zhǎng)時(shí)間里,地球是微生物的天下。這個(gè)時(shí)期被稱為“隱生宙”。
動(dòng)物們什么時(shí)候登臺(tái)呢?
大約5.39億年前后,“動(dòng)物”這一復(fù)雜生命形式在海洋中爆發(fā)式地出現(xiàn),由微生物主導(dǎo)的“隱生宙”,開(kāi)始逐漸走向由動(dòng)物主導(dǎo)的“顯生宙”時(shí)期。這就是著名的“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”。寒武紀(jì),是“顯生宙”的第一個(gè)紀(jì)元。
寒武紀(jì)之后,進(jìn)入奧陶紀(jì),從這一時(shí)期起,相繼發(fā)生了知名的“五次大滅絕”。
“其實(shí),五次大滅絕之前,寒武紀(jì)期間有一次生物大滅絕,學(xué)界稱之為‘辛斯克大滅絕事件’?!蹦暇┕派锼毖芯繂T曾晗告訴湖南日?qǐng)?bào)全媒體記者,早在20世紀(jì)80年代,科研人員就提出了“辛斯克大滅絕事件”這一概念。
而這一次湖南湘西“花垣生物群”的出現(xiàn),為辛斯克大滅絕事件及其意義提供了鐵證。
什么樣的證據(jù)?看關(guān)鍵詞:軟軀體特異埋藏。

花垣生物群代表性軟軀體動(dòng)物化石:從左至右、從上至下依次為開(kāi)腔骨、海綿、櫛水母、蠕蟲(chóng)、奇蝦類、娜羅蟲(chóng)、爬胃蟲(chóng)、被囊動(dòng)物、分類不明囊狀動(dòng)物
曾晗說(shuō),在花垣生物群被發(fā)現(xiàn)之前,關(guān)于辛斯克大滅絕事件的證據(jù)主要是淺海生態(tài)系統(tǒng)中的生物礁和具骨骼和外殼的常規(guī)殼相化石。在海洋動(dòng)物群落中,這些帶殼生物的占比一般不超過(guò)30%至40%,不能反映海洋動(dòng)物群落的完整面貌。

軟軀體特異埋藏化石群就不一樣了。那些被瞬間掩埋的、保存完整的、幾乎可以用栩栩如生形容的軟軀體特異埋藏化石,提供了海洋生物的諸多細(xì)節(jié)。
在花垣生物群的化石地,科考隊(duì)隊(duì)員們從單一采坑中累計(jì)采集了超過(guò)5萬(wàn)件化石標(biāo)本,目前分類鑒定出153個(gè)動(dòng)物物種,其中59%為新物種,涵蓋了16個(gè)動(dòng)物門類。

許多化石清晰保存了消化、神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)等精美的軟軀體生物學(xué)結(jié)構(gòu),展現(xiàn)了一個(gè)具有復(fù)雜食物網(wǎng)和生物碳循環(huán)機(jī)制的深水動(dòng)物群落。
花垣生物群勾勒出5億多年前一段曲折的生命爆發(fā)滅絕史——
約5.18億年前,寒武紀(jì)生命大爆發(fā)達(dá)到頂峰。但好景不長(zhǎng),約5.13億年前,“辛斯克大滅絕事件”打斷了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。這是目前所知的顯生宙第一次生物大滅絕事件,與“五次大滅絕”的規(guī)模相當(dāng)。
在花垣生物群,尋找你的“太太太太……祖”
“在花垣生物群,你可以找到包括人類在內(nèi),現(xiàn)在幾乎所有動(dòng)物的最初的祖先?!敝烀仔χ忉?,比如人屬于脊椎動(dòng)物,這類動(dòng)物的“太太太……祖”,也許可以追溯到小魚和有脊索的化石。不過(guò),經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的演變,“直系”祖先很難找到。而且有些當(dāng)時(shí)存在的生物,如今已經(jīng)消失了。
花垣生物群展現(xiàn)了一個(gè)具有復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的深水動(dòng)物群落,“居民”多種多樣:海底表面游移的捕食動(dòng)物、海底表面固著的濾食動(dòng)物、底棲游泳的食泥和捕食動(dòng)物、浮游的捕食和濾食動(dòng)物,等等。
長(zhǎng)達(dá)2米的奇蝦,是地球上最早的巨型動(dòng)物和頂級(jí)捕食者?;ㄔ锶喊l(fā)現(xiàn)了多樣的奇蝦類動(dòng)物。它們的存在表明,這片海域存在一個(gè)具有復(fù)雜捕食關(guān)系的食物網(wǎng)。

奇蝦以及各種早期的節(jié)肢動(dòng)物規(guī)模龐大,形態(tài)多樣。它們?cè)诮裉斓暮蟠芏嗄愣己苁煜ぃ何浵仭⒚鄯?、蜘蛛、蝴蝶、蝦、龍蝦、螃蟹、蝎子、蜈蚣、藤壺……
而蝸牛、章魚、蛤蜊等,可能要去研究一下有原始?xì)さ能涹w化石。
樽海鞘是現(xiàn)代海洋浮游動(dòng)物群落的代表,花垣生物群也發(fā)現(xiàn)了多種樽海鞘狀浮游被囊動(dòng)物,表明寒武紀(jì)早期的海洋碳循環(huán)已經(jīng)存在類似現(xiàn)代海洋的生物碳泵。



花垣生物群的高化石豐富度、高物種多樣性、高軟軀體保真度以及復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng),贏得國(guó)際特異埋藏化石群研究專家Robert R·Gaines教授的高度評(píng)價(jià):花垣生物群是可媲美澄江動(dòng)物群、布爾吉斯頁(yè)巖生物群兩大世界遺產(chǎn)的全球頂級(jí)寒武紀(jì)特異埋藏化石群。
5億年前,花垣成了海洋生物的“避難所”
地球的生命演化,總是充滿奇妙的哲學(xué)意味。
科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)與全球多個(gè)化石生物群對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),花垣生物群不僅展示了寒武紀(jì)的生命大滅絕,還有生命的演化創(chuàng)新,以及向全球的擴(kuò)散。
“辛斯克大滅絕事件”對(duì)淺海和深海的影響截然不同,深海成為“避難所”。
在云南東部,澄江動(dòng)物群和關(guān)山生物群都屬于華南內(nèi)大陸架的淺海區(qū)域。它們分別是辛斯克大滅絕事件發(fā)生前和發(fā)生后的代表性動(dòng)物群,二者之間共有的動(dòng)物分子相對(duì)較少。
再看花垣生物群,它處于華南外大陸架的深海區(qū)域。在這里,辛斯克大滅絕事件之后在淺海區(qū)域?yàn)l臨滅絕的納羅蟲(chóng)、原始管蟲(chóng)等依然活躍,成為優(yōu)勢(shì)物種。
這表明,辛斯克大滅絕事件讓淺海生物受到重創(chuàng),但外大陸架的深海環(huán)境成為海洋生物的避難所。

另一個(gè)令人驚嘆的發(fā)現(xiàn)是:花垣生物群仿佛全球海洋生物的“移民目的地”。
在這里,不僅發(fā)現(xiàn)了位于云南東部地區(qū)的關(guān)山生物群中的主導(dǎo)性生物昆明關(guān)山蝦,竟然還發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)在北美的布爾吉斯頁(yè)巖生物群中的代表性分子,如馬爾蟲(chóng)、頭盔蟲(chóng)、西德尼蟲(chóng)、莫里森蟲(chóng)、蘇魯斯蝦、爬胃蟲(chóng)等。

在寒武紀(jì)時(shí)期,地球上的大陸板塊和現(xiàn)在很不一樣。但花垣生物群所在的華南板塊與北美勞倫大陸被泛大洋分開(kāi),距離超過(guò)半個(gè)地球。北美寒武紀(jì)時(shí)期的代表性海洋生物在花垣生物群的發(fā)現(xiàn),表明該時(shí)期寒武紀(jì)海洋動(dòng)物存在長(zhǎng)距離跨洋擴(kuò)散的機(jī)制。
花垣生物群的研究,將引入馬王堆漢墓的保護(hù)
這樣的重大成果,是科考隊(duì)隊(duì)員們不顧辛勞,在花垣縣險(xiǎn)峻的大山里,用5年時(shí)間不聲不響“挖”出來(lái)的。
他們剛來(lái)時(shí),路是土路,塵土飛揚(yáng)、七暈八轉(zhuǎn)是日常體驗(yàn)。下雨后的塌方,隊(duì)員們遇上了好幾次。爛泥路上,汽車的輪胎一不小心就深陷其中。

開(kāi)展花垣生物群化石發(fā)掘的中國(guó)科學(xué)院南京古生物所野外科考隊(duì)
為了科考隊(duì)的安全和工作順利開(kāi)展,當(dāng)?shù)卣奁鹆艘粭l通向化石發(fā)掘地的公路,在核心區(qū)域安裝了攝像頭,立起了保護(hù)牌。
但崎嶇的科研探索之路,只能隊(duì)員們自己開(kāi)拓。
“湖南的2枚金釘子都在湘西,湘西是寒武紀(jì)的天堂?!?989年就來(lái)湘西科考的朱茂炎對(duì)這里的地質(zhì)資源十分了解。
他直言,花垣生物群的存在并非偶然,但科研人員要透過(guò)地層準(zhǔn)確地找到它,并非易事。

澄江動(dòng)物群發(fā)現(xiàn)的化石
花垣生物群的發(fā)掘工作難度極大。朱茂炎用澄江動(dòng)物群的發(fā)掘打比方:“澄江動(dòng)物群所在地的巖石是黃綠的泥巖,巖石比較軟?;ㄔ膸r石顏色很深,質(zhì)地很硬,很難劈開(kāi)和辨認(rèn),發(fā)掘和研究難度更大,對(duì)專業(yè)性要求更高。我們要用各種辦法,才能把化石的結(jié)構(gòu)看清楚?!?/p>
為了弄清楚環(huán)境背景,他們還打了一個(gè)幾百米深的鉆井。5年過(guò)去,他們終于弄清楚了花垣生物群的基本面貌。

化石采坑
由南京古生物所朱茂炎團(tuán)隊(duì)和湖南省博物館、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心、南京大學(xué)、貴州大學(xué)、臨沂大學(xué)等單位科研人員聯(lián)合開(kāi)展的花垣生物群發(fā)掘研究工作,終于結(jié)出了碩果:相關(guān)研究成果的論文投稿2個(gè)多月后,就被全球頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)錄用刊發(fā)。
然而,這只是開(kāi)始。
朱茂炎說(shuō),還要擴(kuò)大發(fā)掘范圍,到野外觀察化石埋藏的條件,了解化石沉積和埋藏的過(guò)程,這個(gè)區(qū)域整個(gè)地層的變化。澄江動(dòng)物群的研究者已經(jīng)到了第四代,如今的領(lǐng)頭人曾晗就是第四代。花垣生物群的研究還要繼續(xù),要想辦法找到科研經(jīng)費(fèi)支持,邊發(fā)掘邊研究,邊保護(hù)邊科普。充分發(fā)掘它的價(jià)值,需要幾代人的努力。
而作為深度參與了此次重大發(fā)現(xiàn)研究的在地文博機(jī)構(gòu),湖南省博物館早已謀劃好今后在自然科學(xué)領(lǐng)域的布局。
“自然科學(xué)研究對(duì)博物館意義重大。我館長(zhǎng)期關(guān)注馬王堆漢墓等保存大量有機(jī)質(zhì)易損文物的遺存,通過(guò)引入地質(zhì)學(xué)、埋藏學(xué)等自然科學(xué)方法,我們可以從更基礎(chǔ)的層面認(rèn)識(shí)保存環(huán)境、微觀條件和物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程?!焙鲜〔┪镳^館長(zhǎng)段曉明表示,接下來(lái),該館將與南京古生物所圍繞埋藏學(xué)、琥珀研究、人文社科和自然學(xué)科的交叉研究三個(gè)方面深入開(kāi)展研究合作,把湖南故事講得更好。
(本文圖片及視頻除署名外,均由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所提供)
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